JP2012044076A - 部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明な材料から成る部品を基板に装着する際、部品の位置を正確に検出して高い精度で部品を基板に装着できるようにした部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】吸着ノズル２１により吸着した部品４の下面にペーストＰを付着させてその部品４を下方から撮像し、得られた画像（撮像画像ＳＲ）から求められる部品４の下面のペーストＰの位置に基づいて撮像画像ＳＲの中の部品４の位置を把握し、これにより部品４の位置を検出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、吸着ノズルにより吸着した部品を基板に実装する部品実装方法に関するものである。

従来、部品実装装置により、電子部品を基板に装着する部品実装工程を実行する際には、吸着ノズルにより吸着した電子部品を基板に装着する前に、電子部品を下方から撮像して電子部品の外形形状或いは電子部品の下面の電極の位置を把握することによって画像の中の部品の位置を把握し、これにより電子部品の吸着ノズルに対する位置ずれを検出して、その位置ずれが修正されるように基板に対する電子部品の位置合わせ（アライメント）を行うようにしている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−６０３９８号公報

ところが、部品実装装置により基板に装着する部品は電子部品に限られず、例えば、基板に装着したＬＥＤ（電子部品）を覆って設けられるＬＥＤ拡散レンズのような透明な材料から成る部品を基板に装着する必要がある場合がある。この場合、吸着ノズルにより吸着した部品は照明光を透過し、また電極も有さないことから、画像の中の部品の位置を容易に把握することができず、部品の位置を正確に検出できないために、高い精度で部品を基板に装着することが難しいという問題点があった。

そこで本発明は、透明な材料から成る部品を基板に装着する際、部品の位置を正確に検出して高い精度で部品を基板に装着できるようにした部品実装方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の部品実装方法は、透明な材料から成る部品を基板の上面に実装する部品実装方法であって、前記部品の上面を吸着ノズルにより吸着してピックアップする工程と、前記部品を基板に接着させるためのペーストが薄膜状に形成されて成るペースト膜に吸着ノズルにより吸着した前記部品を接触させて前記部品の下面にペーストを付着させる工程と、下面にペーストが付着された前記部品を下方から撮像する工程と、撮像によって得られた画像から求められる前記部品の下面のペーストの位置に基づいて画像の中の前記部品の位置を把握し、これにより前記部品の位置を検出する工程と、検出した前記部品の位置に基づいて吸着ノズルに吸着した前記部品の基板に対する位置合わせを行う工程と、基板に対して位置合わせを行った前記部品を基板に装着する工程とを含む。

請求項２に記載の部品実装方法は、請求項１に記載の部品実装方法であって、前記部品は下方に突出して設けられた突出部を有し、この突出部の下面にペーストが付着される。

本発明では、吸着ノズルにより吸着した部品の下面にペーストを付着させてその部品を下方から撮像し、得られた画像から求められる部品の下面のペーストの位置に基づいて画像の中の部品の位置を把握し、これにより部品の位置を検出するようにしているので、透明な材料から成る部品を基板に装着する際、部品の位置を正確に検出して高い精度で部品を基板に装着することができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の簡略構成図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える装着ヘッドの部分拡大一部断面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置により実行する部品実装工程の手順を示すフローチャート （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装方法の中の吸着ノズルにより部品をピックアップする工程を説明する図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装方法の中の吸着ノズルにより部品をピックアップする工程を説明する図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装方法の中の部品の下面の突出部にペーストを付着させる工程を説明する図 （ａ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像カメラにより吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像している状態を示す図（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像カメラにより吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像して得られる画像の一例を示す図 （ａ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像カメラにより吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像している状態を示す図（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像カメラにより吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像して得られる画像の一例を示す図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装方法の中の電子部品を基板に装着する工程を説明する図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示す部品実装装置１は、上面に電子部品２が実装された基板３に透明な材料から成る部品４（例えば、電子部品２がＬＥＤである場合にはＬＥＤ拡散レンズ）を装着する装置であり、基板３に電子部品２を実装する部品実装装置としても用いることができるものである。

この部品実装装置１は、電子部品２が実装された基板３の搬送及び位置決めを行う基板搬送部１１、部品４の供給を行う部品供給部１２、部品４を基板３に接着させるためのペーストＰの供給を行うペースト供給部１３、撮像視野を上方に向けた撮像カメラ１４及び装着ヘッド１５を備えている。

図１において、基板搬送部１１は一対のベルトコンベア１１ａを有して成り、これら一対のベルトコンベア１１ａがこの部品実装装置１が備える制御装置１６によって作動制御されて基板３を一定の方向（ここでは図１の紙面に垂直な方向）に搬送する。

図１において、部品供給部１２はテーブル状の部材から成り、その上面に複数の部品４を載置させた状態で部品４の供給を行う。

図１において、部品４はその上面が上方に凸となる曲面形状に形成されており、平坦な下面には下方に突出して延びた複数（ここでは３つ）の突出（突起）部４ａが設けられている。これら複数の突出部４ａは基板３の上面に直接接触する部分であり、部品４の中心位置と各突出部４ａの位置との関係を示すデータは、制御装置１６に繋がる記憶装置１６ａに予め記憶されている。

図１において、ペースト供給部１３は皿状の部材から成り、収容したペーストＰを図示しないスキージによって均一厚さに均すことによって薄膜状のペースト膜Ｐｍを形成する。

図１において、撮像カメラ１４は例えばＣＣＤカメラから成り、制御装置１６からの指令を受けて撮像動作を行う。撮像カメラ１４の撮像動作によって得られた画像データは制御装置１６に送信される。

制御装置１６は、撮像カメラ１４の撮像動作によって得た画像データから、部品４の突出部４ａに付着したペーストＰの位置を検出し、その検出したペーストＰの位置に基づいて画像の中の部品４の位置を把握する機能を備えている。制御装置１６は、把握した部品４の位置を吸着ノズル２１に対する「位置ずれ量」として保持し、位置合わせ工程における装着ヘッド移動機構３１の制御に利用する。なお、制御装置１６において、部品４の「位置」を特定するデータとして「位置ずれ量」を使用しているが、吸着ノズル２１以外の基準となる座標からの相対距離で部品４の位置を特定するものであってもよい。

図１において、装着ヘッド１５は下方に延びた吸着ノズル２１を有している。この吸着ノズル２１には図２に示すように、吸着ノズル２１に外嵌される円筒部２２ａ及び円筒部２２ａの下端から下方の延び、吸着ノズル２１の下端よりも下方の領域において円錐状に下方に広がる裾部２２ｂを有して成る吸着パッド２２が取り付けられている。また、図２に示すように、吸着ノズル２１の上部（吸着パッド２２の上方）には円盤状の反射板２３が取り付けられている。

装着ヘッド１５は制御装置１６から作動制御が行われる三軸直交ロボットから成る装着ヘッド移動機構３１によって三次元的に移動され、制御装置１６から作動制御が行われる吸着機構３２による吸着ノズル２１内への真空圧の供給及び停止動作によって、部品４の吸着及び離脱を行う。

部品実装装置１によって基板３上に部品４を装着する部品実装工程の手順を説明すると、部品実装装置１が備える制御装置１６は先ず、基板搬送部１１を作動させて、上面に電子部品２が実装された基板３の搬送（搬入）を行い、所定の作業位置に位置決めする（図３に示すステップＳＴ１の基板搬入位置決め工程）。

制御装置１６は、基板３を所定の作業位置に位置決めしたら、装着ヘッド移動機構３１の作動制御を行って、装着ヘッド１５を部品供給部１２の上方に移動させる。そして、装着ヘッド１５を下降させて吸着ノズル２１を部品４の上面に接触させるとともに、吸着機構３２の作動制御を行って吸着ノズル２１内に真空圧を供給し、装着ヘッド１５を上昇させる。これにより部品４が吸着パッド２２を介して吸着ノズル２１にピックアップされた状態となる（図３に示すステップＳＴ２のピックアップ工程）。

このステップＳＴ２のピックアップ工程では、装着ヘッド１５の吸着ノズル２１に取り付けられる吸着パッド２２が、上述のように円錐状に下方に広がる裾部２２ｂを有していることから、上面が上方に凸となる曲面形状に形成されている部品４を吸着ノズル２１によって確実にピックアップすることができる。ここで、図４に示すように、吸着ノズル２１の上下中心軸Ｊ１と部品４の上下中心軸Ｊ２が水平面内方向に一致している状態で吸着ノズル２１に部品４を吸着させた場合には（図４（ａ）→図４（ｂ））、吸着パッド２２を介して吸着ノズル２１に吸着された部品４は水平姿勢が維持され（図４（ｃ））、多くの場合、部品４の吸着ノズル２１に対する位置ずれは生じない。

一方、図５に示すように、吸着ノズル２１の上下中心軸Ｊ１と部品４の上下中心軸Ｊ２とが一致していない状態で吸着ノズル２１に部品４を吸着させた場合には（図５（ａ）→図５（ｂ））、吸着パッド２２を介して吸着ノズル２１に吸着された部品４は水平姿勢から傾いた状態となり（図５（ｃ））、多くの場合、部品４の吸着ノズル２１に対する位置ずれが生じることになる。

制御装置１６は、吸着ノズル２１によって部品４をピックアップしたら、装着ヘッド移動機構３１の作動制御を行って装着ヘッド１５をペースト供給部１３の上方に移動させる（図６（ａ））。そして、制御装置１６は装着ヘッド１５を下降させ、吸着ノズル２１に吸着されている部品４の下面の突出部４ａがペースト供給部１３に形成されているペースト膜Ｐｍに接触するようにしたうえで（図６（ｂ））、装着ヘッド１５を上昇させる（図６（ｃ））。これにより部品４の複数の突出部４ａにペーストＰが転写され、各突出部４ａにペーストＰが付着した状態となる（図３に示すステップＳＴ３のペースト付着工程）。

制御装置１６は、部品４の複数の突出部４ａにペーストＰを付着させたら、装着ヘッド移動機構３１の作動制御を行って装着ヘッド１５を撮像カメラ１４の直上に移動させる。そして、撮像カメラ１４の両側に設けられた図７（ａ）及び図８（ａ）に示す複数の照明ＬＴ（図１も参照）によって、吸着ノズル２１に吸着された部品４に直接光を照射し（図７（ａ））、或いは部品４の背景である反射板２３に光を照射して（図８（ａ））、撮像カメラ１４により部品４を下方から撮像する（図３に示すステップＳＴ４の撮像工程）。

制御装置１６は、部品３を下方から撮像したら、図７（ａ），（ｂ）に示すように、撮像によって得られた画像（以下、撮像画像ＳＲと称する）の中の、部品４の下面の複数の突出部４ａに付着したペーストＰの位置（図７（ｂ）及び図８（ｂ））から、撮像画像ＳＲの中の部品４の中心の位置ＷＧを把握する一方、撮像画像ＳＲの中の吸着ノズル２１の中心の位置ＮＧを制御データ上の吸着ノズル２１の位置から把握し、撮像画像ＳＲの中の部品４の中心位置ＷＧと吸着ノズル２１の位置とを比較することによって、吸着ノズル２１に対する部品４の位置ずれ（位置ずれ量）を検出する（図３に示すステップＳＴ５の位置検出工程）。

なお、図７（ｂ）は撮像画像ＳＲの中の部品４の中心の位置ＷＧと吸着ノズル２１の中心の位置ＮＧが一致している場合（吸着ノズル２１に対する部品４の位置ずれがない場合）の例を示しており、図８（ｂ）は撮像画像ＳＲの中の部品４の中心の位置ＷＧと吸着ノズル２１の中心の位置ＮＧが一致していない場合（吸着ノズル２１に対する部品４の位置ずれがある場合）の例を示している。

ここで、図７（ａ）に示すように、ステップＳＴ４において、吸着ノズル２１に吸着された部品４に直接光を照射して部品４の撮像を行う場合には、ペーストＰに透明でないもの（着色されているもの。ここでは電子部品２であるＬＥＤの発光効率の向上を考慮して白色系の色であることが望ましい）を用いることによって、ペーストＰが付着した部分、すなわち部品４の下面の突出部４ａが撮像画像ＳＲの中で最も明るくなる箇所となるようにしておき、撮像画像ＳＲの中の最も明るい複数の部分（ここでは３箇所）の位置から、吸着ノズル２１に吸着された部品４の中心位置ＷＧを求める。具体的には、撮像画像ＳＲの中の最も明るい３箇所の位置より定まる三角形の重心点を算出して、或いは、記憶装置１６ａに記憶された部品４の中心位置と各突出部４ａの位置の関係データに基づいて、部品４の中心位置ＷＧを求める。

一方、図８（ａ）に示すように、ステップＳＴ４において、吸着ノズル２１に吸着された部品４に直接光を照射するのではなく、吸着ノズル２１に取り付けられた反射板２３に光を照射して部品４の撮像を行う場合には、ペーストＰに暗色（例えば黒色）に着色されたものを用いることによって、ペーストＰが付着した部分、すなわち部品４の下面の突出部４ａが撮像画像ＳＲの中で最も暗くなる箇所となるようにしておき、撮像画像の中の最も暗い複数の部分（ここでは３箇所）の位置から、吸着ノズル２１に吸着された部品４の中心位置ＷＧを求める。具体的には、撮像画像ＳＲの中の最も暗い３箇所の位置より定まる三角形の重心点を算出して、或いは、記憶装置１６ａに記憶された部品４の中心位置と各突出部４ａの位置の関係データに基づいて、部品４の中心位置ＷＧを求める。

制御装置１６は、ステップＳＴ５の位置検出工程において、吸着ノズル２１に対する部品４の位置ずれ（位置ずれ量）を検出したら、装着ヘッド移動機構３１の作動制御を行い、装着ヘッド１５を基板搬送部１１によって位置決めされた基板３の上に実装された電子部品２の直上に位置させて、部品４を基板３に対して位置合わせする（図９（ａ）。図３に示すステップＳＴ６の位置合わせ工程）。この部品４の基板３に対する位置合わせでは、制御装置１６は、ステップＳＴ５で検出した位置ずれ量に基づいて装着ヘッド移動機構３１を制御し、装着ヘッド１５の停止位置を修正する。

制御装置１６は、ステップＳＴ６の位置合わせ工程が終了したら、装着ヘッド１５を下降させ、吸着ノズル２１に吸着させた部品４の下面の複数の突出部４ａを基板３の上面に接触させてから（図９（ｂ））、装着ヘッド１５を上昇させる（図９（ｃ））。これにより各突出部４ａはその下面に付着されたペーストＰを介して基板３の上面に接着され、部品４は基板３上に装着された状態となる（図３に示すステップＳＴ７の部品装着工程）。

制御装置１６は、部品４を基板３上に装着したら、基板搬送路１１を作動させて、基板３の搬出を行う（図３に示すステップＳＴ８の基板搬出工程）。そして、他に部品４の装着を行うべき基板３があるか否かの判断を行い（図３に示すステップＳＴ９の判断工程）、他に部品４の装着を行うべき基板３があったときにはステップＳＴ１に戻って上記工程を繰り返す。一方、他に部品４の装着を行うべき基板３がなかったときには、一連の部品実装工程を終了する。

なお、この部品実装装置１から搬出された基板３は、図示しないリフロー炉に送られ、基板３全体が加熱されて、ペーストＰの熱硬化が行われる。

以上説明したように、本実施の形態における部品実装方法は、透明な材料から成る部品４を基板３の上面に装着する部品実装方法であり、部品４の上面を吸着ノズル２１により吸着してピックアップする工程（ステップＳＴ２のピックアップ工程）と、部品４を基板３に接着させるためのペーストＰが薄膜状に形成されて成るペースト膜Ｐｍに吸着ノズル２１により吸着した部品４を接触させて部品４の下面にペーストＰを付着させる工程（ステップＳＴ３のペースト付着工程）と、下面にペーストＰが付着された部品４を下方から撮像する工程（ステップＳＴ４の撮像工程）と、撮像によって得られた画像から求められる部品４の下面のペーストＰの位置に基づいて画像（撮像画像ＳＲ）の中の部品４の位置を把握し、これにより部品４の位置（吸着ノズル２１に対する位置ずれ量）を検出する工程（ステップＳＴ５の位置検出工程）と、検出した部品４の位置に基づいて吸着ノズル２１に吸着した部品４の基板３に対する位置合わせを行う工程（ステップＳＴ６の位置合わせ工程）と、基板３に対して位置合わせを行った部品４を基板３に装着する工程（ステップＳＴ７の部品装着工程）を含むものとなっている。

本実施の形態における部品実装方法では、吸着ノズル２１により吸着した部品４の下面にペーストＰを付着させてその部品４を下方から撮像し、得られた画像（撮像画像ＳＲ）から求められる部品４の下面のペーストＰの位置に基づいて撮像画像ＳＲの中の部品４の位置を把握し、これにより部品４の位置を検出するようにしているので、透明な材料から成る部品４を基板３に装着する際、部品４の位置を正確に検出して高い精度で部品４を基板３に装着することができる。

また、本実施の形態における部品実装方法では、部品４は下方に突出して設けられた突出部４ａを有し、この突出部４ａの下面にペーストＰが付着されるようになっているので、撮像画像ＳＲの中のペーストＰの位置から撮像画像ＳＲの中の部品４の突出部４ａの位置を容易に把握することができ、部品４の位置の検出速度を向上させることができる。

透明な材料から成る部品を基板に装着する際、部品の位置を正確に検出して高い精度で部品を基板に装着できるようにした部品実装方法を提供する。

３ 基板
４ 部品
４ａ 突出部
２１ 吸着ノズル
Ｐ ペースト
Ｐｍ ペースト膜
ＳＲ 撮像画像（画像）

Claims (2)

1. 透明な材料から成る部品を基板の上面に実装する部品実装方法であって、
   前記部品の上面を吸着ノズルにより吸着してピックアップする工程と、
   前記部品を基板に接着させるためのペーストが薄膜状に形成されて成るペースト膜に吸着ノズルにより吸着した前記部品を接触させて前記部品の下面にペーストを付着させる工程と、
   下面にペーストが付着された前記部品を下方から撮像する工程と、
   撮像によって得られた画像から求められる前記部品の下面のペーストの位置に基づいて画像の中の前記部品の位置を把握し、これにより前記部品の位置を検出する工程と、
   検出した前記部品の位置に基づいて吸着ノズルに吸着した前記部品の基板に対する位置合わせを行う工程と、
   基板に対して位置合わせを行った前記部品を基板に装着する工程とを含むことを特徴とする部品実装方法。
2. 前記部品は下方に突出して設けられた突出部を有し、この突出部の下面にペーストが付着されることを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。

Images